Современная химическая промышленность требует для своих процессов комплексных органических соединений, производство которых является дорогим, поскольку основано на традиционных реакциях кросс-сочетания (важнейшем методе создания углеродных связей), и приводит к образованию большого количество отходов. Альтернативный и многообещающий подход – переход к реакциям, где побочным продуктом выступает вода.

«Идея нашего исследования заключается в использовании особого типа катализатора, в котором активный компонент, палладий, находится в виде изолированных моноатомных центров, заключенных внутри нанопористых кристаллических материалов – цеолитов. Получается, что реакция протекает внутри пор, определенных формы и размера, и потенциальные продукты реакции вынуждены «подстраиваться» под эти параметры. Идея, казалось бы, проста, но прежде никому не удавалось реализовать её», – рассказал один из авторов исследования, заведующий Международной лабораторией нанодиагностики Южного федерального университета, Арам Бугаев.

На примере реакции связывания толуола, ученые выяснили, что распределение продуктов существенным образом изменяется при внедрении активных центров палладия в цеолиты с различным размером и формой пор. Точная структура активных центров палладия была установлена на основе синхротронных измерений спектров рентгеновского поглощения и их анализа авторскими методами, основанными на алгоритмах машинного обучения.

«Это отличный пример того, как передовые методы химического синтеза в сочетании с диагностикой на установках класса Мегасайенс и современными суперкомпьютерными технологиями позволяют достигнуть прорывных результатов мирового уровня. Наше исследование посвящено не просто новому гетерогенному катализатору, оно предлагает революционную концепцию для управления продуктами реакции для практического применения в промышленности», – прокомментировал результаты исследования директор Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ, руководитель Российско-Бельгийского проекта РНФ 20-43-01015, профессор Александр Солдатов.

Новый материал, катализатор, позволяет с высокой избирательностью производить важные структурные элементы органического синтеза – биарилы, широко используемые в современной тонкой химической и фармацевтической промышленности. Растущий спрос на биарилы в полимерной промышленности обусловлен их большей стабильностью и безопасностью для человека и окружающей среды. Внедрение предложенного материала в производство биарилов позволит существенно удешевить этот процесс и расширить область их применения.

Исследование выполнено в рамках совместного Российско-Бельгийского проекта и было опубликовано в журнале Nature Catalysis.